طائرات الفضاء أورغامي تكشف حلاً مبتكرًا لمشاكل المدار الفضائي

طائرات الفضاء اوريغامي يمكن أن تعالج مشكلة كبيرة في المدار بتحويل مفهوم بناء المركبات الفضائية إلى أسلوب أبسط وأكثر استدامة؛ فقد قام فريق بحثي من جامعة طوكيو بمحاكاة إطلاق طائرة ورقية من محطة الفضاء الدولية لاختبار إمكانيات بقائها أثناء إعادة الدخول في الغلاف الجوي، مما يوحي بإمكانية استخدام هذه التقنية لمواجهة مشكلة تراكم القمامة الفضائية المتزايدة في مدار الأرض.

كيف يمكن لطائرات الفضاء اوريغامي أن تحل مشكلة القمامة الفضائية في المدار؟

تكمن الفكرة الأساسية في أن بناء مركبة فضائية قد يتطور ليصبح مماثلاً لعملية طي الورق لصنع طائرة، حيث تستغل الديناميكا الهوائية لتنفيذ المهام المطلوبة، وهذا ما دفع الباحثين في جامعة طوكيو إلى دراسة استعمال ورقة طباعة A4 مع ذيل من الألومنيوم لصنع طائرة فضائية بتقنية الأوريغامي، تحت ظروف مماثلة للفضاء. وتوضح الدراسة المنشورة في مجلة Acta Astronautica أهمية استخدام المواد العضوية، مثل الورق، في تطوير مركبات فضائية أنظف وأكثر استدامة، وخاصة في مواجهتها لمشكلة تزايد النفايات الفضائية في مدار الأرض المنخفض.
يتكون نموذج الطائرة الفضائية من ورقة طباعة عادية مطوية بطريقة مدروسة بحيث يتركز مركز الكتلة في الجزء الأمامي لضمان استقرار ديناميكي أثناء الطيران؛ وهذا التصميم يعتمد على مبادئ طائرات الأوريغامي الأرضية التقليدية، رغم عدم نقل أي مركبة فعلية إلى الفضاء حتى الآن. ويجب التنويه إلى أن المركبات الفضائية لن تُصنع بالكامل من الورق، بل ستُستخدم المواد الورقية في تصنيع مكونات محددة مثل الأجنحة أو الأشرعة المساعدة.

تجارب المحاكاة وأداء طائرات الفضاء اوريغامي في إعادة الدخول الجوي

بدأ الباحثون بمحاكاة إطلاق الطائرة الورقية من محطة الفضاء الدولية على ارتفاع 400 كيلومتر بسرعة تناهز 7800 متر في الثانية، حيث بقيت الطائرة مستقرة في ظروف مشابهة للفضاء حتى تخطت ارتفاع 120 كيلومترًا، حيث بدأت تفقد السيطرة. وتشير النتائج إلى أن الطائرة ستتعرض للتدمير خلال إعادة الدخول في الغلاف الجوي عند ارتفاع يتراوح بين 90 و110 كيلومترات بسبب التسخين الديناميكي الهوائي القوي.
لتقييم سلوك الطائرة في ظروفٍ أكثر دقة، أجريت اختبارات في نفق الرياح غير الصوتية بجامعة طوكيو بسرعات تصل إلى ماخ 7 لمدة سبع ثوانٍ تقريبًا، حيث أظهرت الطائرة مقاومةً ملحوظة لتغيرات الهيكل؛ إذ بقيت أنف الطائرة مصممة بشكل ثابت، بينما ظهرت بعض علامات التثني على الأجنحة لم تصل إلى التفكك الكامل، مما يدل على القدرة المحتملة للطائرة على الصمود لفترة أطول في بيئة إعادة الدخول.

التحديات والفرص المستقبلية لطائرات الفضاء اوريغامي في مدار الأرض المنخفض

تمتلك طائرات الفضاء اوريغامي مزايا بيئية هامة؛ إذ تصنع من مواد عضوية لا تترك وراءها جزيئات معدنية أو مواد كيميائية ضارة تؤثر على طبقة الأوزون كما تفعل المركبات الفضائية التقليدية عند إعادة الدخول. مع ذلك، تواجه هذه الطائرات تحديات في تتبعها في المدار بسبب ضعف انعكاسها للرادار وحساسيتها الشديدة لقوى السحب الديناميكي الهوائي، ما قد يطيل مدة بقاء هذه الطائرات في المدار ويجعلها أكثر ملاءمة للمهام قصيرة الأجل ذات الحمولات الصغيرة.
يقترح الباحثون تجهيز الطائرات بأنظمة مصغرة للملاحة، ومواقف، وجهاز إرسال ذكي للمساهمة في تتبعها وإدارتها بفعالية في المدار. يمكن أن تستفيد البعثات الفضائية منخفضة التكلفة والقصيرة الأمد من هذه التقنية، بينما تبقى طائرات الفضاء اوريغامي غير مناسبة للمهام واسعة النطاق. يسمح التكلفة المنخفضة جدًا للطائرات الورقية بإطلاق عدة نماذج في وقت واحد وتجديدها بانتظام، ما يوفر قياسات متزامنة وموزعة لظروف الغلاف الجوي ضمن المدار الأرضي المنخفض.

• صغر الحجم والوزن
• التكلفة المنخفضة للإنتاج والإطلاق
• الاستدامة البيئية بمواد عضوية قابلة للتحلل
• سهولة تكرار عمليات النشر في المدار

قد يبدو طرح طائرات الفضاء اوريغامي كحل مبتكر بسيطًا، لكن استخدام الورق في صناعة المركبات الفضائية قد يسهم في تقليل الاكتظاظ المهول للقمامة المعدنية في مدار الأرض المنخفض، والحد من انتشار حطام الفضاء. تستحق هذه التقنية المتجددة دراسة أعمق للتطبيق العملي، مع إمكانية تطورها إلى منصات فعالة وميسورة التكلفة لتنفيذ مهام مدارية متنوعة، مع الحفاظ على البيئة الفضائية المحيطة.